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[我问你答] UG模具设计之挤压模具设计原则

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发表于 2022-5-5 15:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 n5tznpz 于 2022-5-5 15:11 编辑 0 A' X5 A( _% V6 ]: ?( w; v: f
4 Q! J2 d- B7 m# j/ H/ J1 r
概 述, r1 C1 ?! z8 i

) d8 z7 g1 f* q塑料挤出成型是用加热的方法使塑料成为流动状态,然后在一定压力的作用下使它通过塑模,经定型后制得连续的型材。挤出法加工的塑料制品种类很多,如管材、薄膜、棒材、板材、电缆敷层、单丝以及异形截面型材等。挤出机还可以对塑料进行混合、塑化、脱水、造粒和喂料等准备工序或半成品加工。因此,挤出成型已成为最普通的塑料成型加工方法之一。6 n: V. l* D- j8 U

6 l; s$ _% C+ M+ W; k, I用挤出法生产的塑料制品大多使用热塑性塑料,也有使用热固性塑料的。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚甲醛、氯化聚醚等热塑性塑料以及酚醛、脲醛等热固性塑料。/ L5 G) ~, u5 }/ d7 l/ R

& K* k$ c& V: x5 ~4 K1 }挤出成型具有效率高、投资少、制造简便,可以连续化生产,占地面积少,环境清洁等优点。通过挤出成型生产的塑料制品得到了广泛的应用,其产量占塑料制品总量的三分之一以上。因此,挤出成型在塑料加工工业中占有很重要的地位。
. `( B% N) C4 |( o
5 Q# r, K  N3 [8 Q' r: T

6 O4 ^1 Y' }# A: V  k
挤出成型机头典型结构分析
0 t: Z, T8 n8 V' U# Z; t' t* y

' D6 e1 i) b5 j! U0 v9 o6 S机头是挤出成型模具的主要部件,它有下述四种作用。: t7 z' c! N  E* Q* D$ I: [
$ J# u. A4 l7 O1 _2 C' Q! ?  u
(1)使物料由螺旋运动变为直线运动。+ J. n# O7 D$ k5 |+ h- s1 q
& D, W6 o& i( w, U
(2)产生必要的成型压力,保证制品密实。
! n9 Q* B7 b) g4 ~5 l& U
  Z- T; ~  ^6 i+ o- g
(3)使物料通过机头得到进一步塑化。- H; n  t  Q  o- t8 y

/ p; b( Y4 g6 l9 M+ K(4)通过机头成型所需要的断面形状的制品7 U) |+ a% `+ Q) H1 m0 G! D
+ }, R' b& i! A+ [/ N
现以管材挤出机头为例,分析一下机头的组成与 结构,见图所示# L5 y+ n- N, l8 e& f
2 r; a" G7 Q$ V5 a( d( Q
1.png   K8 i9 z' q: }# e

$ X7 S7 ]& `, C! D# w
0 D  `: R& `( G# L+ H( p3 v( I' y. d+ V9 y6 A8 O
% Y! Y- _4 K$ O
 楼主| 发表于 2022-5-5 15:12 | 显示全部楼层
1.口模和芯棒
  d% K8 @& L+ o2 E1 B3 `6 }& u$ @; W* u# T
口模成型制品的外表面,芯棒成型制品的内表面,故口模和芯棒的定型部分决定制品的横截面形状和尺寸。
. N) k. K5 m! A, H/ x, i2 ^* w

' ^( v% q0 ]4 G2.多孔板(过滤板、栅板)& W1 z2 M, A7 s3 u* T

. w: c1 ^. ]5 [. B( |7 J1 B5 n4 A1 l如图8-2所示,多孔板的作用是将物料由螺旋运动变为直线运动,同时还能阻止未塑化的塑料和机械杂质进入机头。此外,多孔板还能形成一定的机头压力,使制品更加密实。
/ n+ }" X! P/ h. g
: C9 {( c# V1 t" e
2.png
4 z, X/ G+ J3 R" n% q6 K
8 T5 k8 M7 |. W+ C8 m' e2 W8 F
3.分流器和分流器支架
0 p/ a/ f' f/ [5 @8 b

. ?7 v  p" S/ w9 T5 I7 M分流器又叫鱼雷头。塑料通过分流器变成薄环状,便于进一步加热和塑化。大型挤出机的分流器内部还装有加热装置。
, v# v% X+ i6 d  b4 Z
1 c* q) L/ k6 M( x4 ?5 L. [
分流器支架主要用来支撑分流器和芯棒,同时也使料流分束以加强搅拌作用。小型机头的分流器支架可与分流器设计成整体。
; u& q9 H2 o% r. }4 j7 S# Y4 Q$ F7 f2 R  }1 W8 j# K
4.调节螺钉
9 X9 e  F; _) \* L; v' ~7 r6 C8 G: M. C2 X7 p1 o
用来调节口模与芯棒之间的间隙,保证制品壁厚均匀。
% l7 u1 B& m2 Q" \( v; V$ c- F4 t3 P; w% q& V8 U5 d! Y# G
5.机头体
  M' A% U' ?4 Q
2 K% K, M, ^' I9 a! C5 F
用来组装机头各零件及挤出机连接。
/ ~9 h% M) q, f* _( j) ]

1 k+ Z7 L; G( R" l& }+ z0 b9 V, q6.定径套
& R- q5 A' g# T5 g* v9 l- @3 }7 M( D" C7 a' @- M' C" ^( U
使制品通过定径套获得良好的表面粗糙度,正确的尺寸和几何形状。
+ |0 Q8 y0 D* T0 Q3 u8 X5 Z3 j+ Q' B* Z
7.堵塞4 }* H7 v4 O+ Y8 X: {
# f% i/ \' T( Z8 b# j
防止压缩空气泄漏,保证管内一定的压力。
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1 P9 u; @5 z2 u( u& p, d+ d3 E# S8 Q2 {( V( X
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 楼主| 发表于 2022-5-5 15:13 | 显示全部楼层
挤出成型机头分类及其设计原则
% I0 \7 E, t3 [6 A; U. a
* Y, \* d" s5 D& I2 n1.分类
8 R5 ?/ N% |' F: h& D; C# F+ @

2 `8 ?, y  g" E由于挤出制品的形状和要求不同,因此要有相应的机头满足制品的要求,机头种类很多,大致可按以下三种特征来进行分类:5 d: r  M4 w( m# y. k- x0 l
4 ~: w. h8 ~7 D/ Z: {$ M
(1)按机头用途分类
5 v- D/ B- o6 m9 ~) }
1 i. X% G  @  J( r$ C2 Q
可分为挤管机头、吹管机头、挤板机头等;# u# ^) R$ w0 u2 [" H) ^

& A# n! e/ _0 m6 m- W(2)按制品出口方向分类
6 \5 X% W% e' l( h, u

/ j- p) r% Y+ t$ o% s3 ]% U) L- ?可分为直向机头和横向机头,前者机头内料流方向与挤出机螺杆轴向一致,如硬管机头;后者机头内料流方向与挤出机螺杆轴向成某一角度,如电缆机头;, _0 T/ D7 n' N+ q8 ?3 t( B, C* ^
1 S4 z7 Q) Y4 W( c) ]  F* H
(3)按机头内压力大小分类
8 ?" d# p- B/ |6 h+ O9 Z5 \) L# Z! g4 l$ i) Z: ^/ i, g& H+ h9 W
可分为低压机头(料流压力为MPa)、中压机头(料流压力为4-10MPa)和高压机头(料流压力在10MPa以上)
. P! A" T. t: F6 G
6 Y: A# B7 y9 G. q
2.设计原则
2 W; y: K( R  C

7 P9 @+ _2 B+ q9 }(1)流道呈流线型
; K- q1 m- Q5 ]! |/ j2 j7 s$ r
1 j! r- R$ n* n% Y" l
为使物料能沿着机头的流道充满并均匀地被挤出,同时避免物料发生过热分解,机头内流道应呈流线型,不能急剧地扩大或缩小,更不能有死角和停滞区,流道应加工得十分光滑,表面粗糙度应在Ra 0.4um以下。
1 N* g/ P3 t  A
$ Y, A/ w1 B; k% T
(2)足够的压缩比( ]" s. H- U( b( g+ j
$ ]2 ^/ x/ `) ?  L! p2 M7 R. d" R
为使制品密实和消除因分流器支架造成的结合缝,根据制品和塑料种类不同,应设计足够的压缩比。
* X6 v( u; M9 r+ L* V

7 m9 o: x' ^3 w% _3 J9 N(3)正确的断面形状4 m8 c8 B4 n: w1 O. v  y; U
/ I) O* o) y) ~4 j# X
机头的成型部分的设计应保证物料挤出后具有规定的断面形状,由于塑料的物理性能和压力、温度等因素的影响,机头的成型部分的断面形状并非就是制品的相应的断面形状,二者有相当的差异,设计时应考虑此因素,使成型部分有合理的断面形状。由于制品断面形状的变化与成型时间有关,因此控制必要的成型长度是一个有效的方法。  e+ X6 L+ j& k- y

! V/ Z0 `  a7 h9 p(4)结构紧凑
9 N7 I$ v, J8 B1 z

) ~& B0 a4 e- a/ M在满足强度条件下,机头结构应紧凑,其形状应尽量做得规则而对称,使传热均匀,装卸方便和不漏料。- b+ g; V) P% J, r
1 q0 U3 S$ }. I6 X" E/ I
(5)选材要合理$ _) h; W2 }) x% F1 e
) N5 h9 o' L' L
由于机头磨损较大,有的塑料又有较强的腐蚀性,所以机头材料应选择耐磨、硬度较高的碳钢或合金钢,有的甚至要镀铬,以提高机头耐腐蚀性。& [! H/ f. n: }" U& k  r

6 n/ K/ b6 I/ Y) y! f& s此外,机头的结构尺寸还和制品的形状、加热方法、螺杆形状、挤出速度等因素有关。设计者应根据具体情况灵活应用上述原则2 |/ a8 w  Z. O+ w
/ ~0 E+ S7 d. {: ^% O/ z% ~' U

# `$ `1 {) ]/ a1 ~
典型挤出机头及设计; I. l2 y: G6 m9 B1 o/ @5 K
8 L* k* d* U7 G: d5 p
常见的挤出机头有管材挤出机头、吹管膜机头、电线电缆包覆机头、异形材料挤出机头等。( [, N2 s$ I- F9 k. f8 T
管材挤出机头及设计
! B+ |. H! f1 \! l0 j& B
5 F5 S2 Z0 X, q9 T, @" G  b$ ^
% q: T# s5 y( d' H" @, ]2 m1 f/ H
# M: g4 [4 g2 p# Q/ [
# h0 S' M3 G. Q; m! [
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 楼主| 发表于 2022-5-5 15:15 | 显示全部楼层
1.管材挤出机头的结构形式
( X" c5 i. `: n$ p, A1 D) _4 }
. K6 A7 Q6 A6 b! j常见的管材挤出机头结构形式有以下几种:
9 r& Z5 m* y# B- L7 ]( E) n8 }

8 P7 U/ ]& L* \/ d9 O# c9 ]% O8 d4 E(1)直管式机头 图8-3为直管式机头。其结构简单,具有分流器支架。芯模加热困难,定型长度较长。适用于PVC、PA、PC、PE、PP等塑料的薄壁小口径的管材挤出。4 [1 o! j$ z& I# j" s# R8 ^

/ F; T$ X; `3 `4 F( b( D5 Q% Q2 z(2)弯管式机头 图8-4为弯管式机头。其结构复杂,没有分流器支架,芯模容易加热,定型长度不长。大小口径管材均适用,特别适用于定内径的PE、PP、PA等塑料管材成型。
( j9 ?* d6 g: Y+ \+ S. ?$ Q+ S5 }- Q: m% y3 }
(3)旁侧式机头 图8-5为旁侧式机头,结构复杂,没有分流器支架,芯模可以加热,定型长度也不长。大小口径管材均适用。$ V5 h( L* [9 I3 n7 T
" x6 B6 ~" ?0 g+ e2 e# u( q/ x7 i) C
2.管材挤出机头零件的设计
" q7 j2 M5 ]& F1 l
& B( `8 d8 j, M: S9 L
(1) 口模
! X2 j' v: R) e8 w+ \! ~2 g

1 L4 t0 Q% r; N3 A! D7 L口模是成型管材外表面的零件,其结构如图8-6所示。口模内径不等于塑料管材外径,因为从口模挤出的管坯由于压力突然降低,塑料因弹性恢复而发生管径膨胀,同时,管坯在冷却和牵引作用下,管径会发生缩小。这些膨胀和收缩的大小与塑料性质、挤出温度和压力等成型条件以及定径套结构有关,目前尚无成熟的理论计算方法计算膨胀和收缩值,一般是根据要求的管材截面尺寸,按拉伸比确定口模截面尺寸。所谓拉伸比是指口模成型段环隙横截面积与管材横截面积之比。
, q7 M2 F) L& [2 c. f4 P9 N2 ?) L

7 r) {. b) z- m: T0 \% n 3.png
) s8 X9 X4 X$ g- F* }
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